1、第第 3 节节 光的衍射光的衍射 第第 4 节节 光的偏振光的偏振 第第 5 节节 激光与全息照相激光与全息照相 学习目标要求 核心素养和关键能力 1.知道光的衍射现象， 知道产生明显 衍射现象的条件。 2.知道光的衍射条纹的特点。 3.知道衍射现象在实际中的应用。 4.知道偏振现象。 5.知道激光特性及应用。 1.科学思维 类比与对比的思想。 2.科学态度与责任 体会生活中光的衍射现象的应用。 3.关键能力 分析、辨析能力。 一、光的衍射 1.光的衍射现象 (1)定义：光绕过障碍物偏离直线传播的现象称为光的衍射。 (2)典型的衍射现象 圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现明暗相间的
2、圆环。 单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹。 2.产生明显衍射现象的条件 当障碍物或孔的尺寸接近光的波长时，才会出现明显的衍射现象。 3.衍射光栅 (1)结构：在两个螺杆上绷上许多平行的细金属线，或者在玻璃上刻上许多均匀的 细槽，因为它们有类似栅栏的形状，被称为衍射光栅。 (2)衍射光栅的种类：反射光栅和透射光栅。 (3)衍射图样的特点：与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。 判一判 (1)衍射和干涉条纹都是明暗相间的，所以二者是一样的。() (2)所有光都能发生衍射现象。() (3)红光比紫光更容易发生明显衍射现象。() (4)显微镜的镜头越小其分辨本领越低。()
3、 (5)光栅的衍射图样是单缝衍射和多缝干涉的共同结果。() 二、光的偏振 1.偏振现象 (1)波的偏振：如果横波只沿着某一个特定的方向振动，在物理学上就叫作波的偏 振。 (2)偏振片：偏振片是只让某一方向振动的光通过的一种光学元件，通常把这个透 光方向称为偏振片的透振方向。 (3)自然光和偏振光 自然光：在垂直于传播方向的平面内，光波可沿任何方向振动，光振动在平面 内的分布大致均匀的光。 偏振光：通过偏振片的光，振动方向与偏振片的透振方向平行，称为偏振光。 (4)起偏器和检偏器 起偏器：用于获得偏振光的偏振片。 检偏器：为了检查通过起偏器的光是不是偏振光，在起偏器后面再放的那一个 偏振片。 2
4、.偏振现象的应用 立体电影、照相机镜头前的偏振镜、检查力的分布情况等。 做一做 下列关于偏振光的说法正确的是( ) A.自然光就是偏振光 B.沿着一个特定方向传播的光叫偏振光 C.沿着一个特定方向振动的光叫偏振光 D.单色光就是偏振光 答案 C 解析 自然光不是偏振光，A 错误；在某个确定方向上振动的光称为偏振光，B 错误，C 正确；单色光是指光的频率单一，偏振光是指光的振动方向单一，它们 之间没有联系，即单色光可以是偏振光，也可以不是偏振光，D 错误。 三、激光 激光的特点及其应用 特点 性质 应用 相干性 只有频率相同、相位差恒定、偏振方向一 致的光才是相干光。激光是一种人工产生 的相干光
5、，具有高度的相干性 光纤通信 平行度 激光的平行度非常好，在传播很远的距离 后仍能保持一定的强度 精确的测距； 读取光盘上记 录的信息等 高亮度 它可以在很小的空间和很短的时间内集中 很大的能量 用激光束切割、 焊接； 医学 上可以用激光做“光刀”； 激发核反应等 判一判 (1)激光是自然界普遍存在的一种光。() (2)激光是一种人工产生的相干光。() (3)用激光做双缝干涉实验是应用了激光具有高度的相干性的特点。() (4)激光精确测距利用激光的平行度好的特点。() (5)激光切割利用激光平行度好的特点。() 探究探究 1 光的衍射光的衍射 情境导入 (1)让一束激光照射在游标卡尺两个卡脚之
6、间的缝上，逐渐减小两个卡脚之间的距 离，使缝越来越小，观察照在屏幕上光斑的变化。缝宽大约多大时屏幕上出现条 纹？缝间距变小时，条纹有什么变化？ (2)判断以下甲、乙两图哪个是光的单缝衍射图样，哪个是双缝干涉图样。 答案 (1)大约 0.4 mm 时会出现条纹，当缝间距变小时，屏幕上条纹间距逐渐变 宽，但亮度逐渐减弱。 (2)甲图为双缝干涉图样，乙图为单缝衍射图样。 归纳拓展 1.衍射图样的特点 (1)单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条 纹。中央条纹最宽最亮，两侧的亮纹逐渐变暗变窄；白光通过狭缝时，在屏上出 现彩色条纹，中央为白条纹。 波长一定时，单缝窄的中央条纹
7、宽，各条纹间距大；单缝不变时，光波波长越 长的中央条纹越宽，条纹间距越大。 (2)圆孔衍射：光通过小孔(孔很小)时，在光屏上出现明暗相间的圆环。如图甲所 示。 (3)圆板衍射(泊松亮斑) 若在单色光(如激光)传播途中放一个较小的圆形障碍物，会发现在影的中心有 一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。衍射图样如图乙所示。 甲 乙 中央是亮斑，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的 圆环。 2.单缝衍射与双缝干涉的比较 单缝衍射 双缝干涉 不 同 点 产生条件 只要狭缝足够小，任何光 都能发生 频率相同、相位差恒定的 两列光波相遇叠加 条纹宽度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等 条纹
8、间距 各相邻条纹间距不等 各相邻条纹等间距 亮度 中央条纹最亮，两边最暗 条纹清晰，亮度基本相同 相同点 成因 明暗相间的条纹，都是光 波叠加时加强或削弱的结 果 【例 1】 (2021 枣庄市三中月考)下列现象中属于光的衍射现象的是( ) A.雨后天空美丽的彩虹 B.阳光下肥皂膜的彩色条纹 C.光通过三棱镜产生的彩色条纹 D.对着日光灯从两铅笔缝中看到的彩色条纹 答案 D 解析 雨后天空美丽的彩虹，这是太阳光通过悬浮在空气中细小的水珠折射而成 的，白光经水珠折射以后，分成各种彩色光，这种现象叫做光的色散现象，A 错 误；阳光照射在肥皂泡上出现彩色条纹属于光的干涉，故 B 错误；一束白光通过
9、三棱镜形成彩色光带属于光的折射现象，故 C 错误；通过一个狭缝观察日光灯可 看到彩色条纹，属于单缝衍射，故 D 正确。 【例 2】 (2021 内蒙古北重三中期中)如图，a、b、c、d 四个图样是两种单色光 用同样的仪器形成的双缝干涉或单缝衍射图样， 分析各图样的特点(黑色为亮条纹， a 图样的亮纹间距比 b 图样大，c 图样中央亮纹比 d 图样宽)可以得出的正确结论 是( ) A.a、b 是光的衍射图样，c、d 为光的干涉图样 B.a、b 是光的干涉图样，c、d 为光的衍射图样 C.形成 a 图样的光的波长比形成 b 图样的光的波长短 D.在同种介质中，形成 a 图样的光的折射率比形成 b
10、图样的光的折射率大 答案 B 解析 双缝干涉图样的条纹是等间距的，而衍射条纹间距不相等，则知 a、b 是光 的干涉图样，c、d 是光的衍射图样，故 A 错误，B 正确；根据 y l d 可知，光 的波长越长，双缝干涉条纹间距越大，则知形成 a 图样的光的波长比形成 b 图样 光的波长长，故 C 错误；波长越长，频率越小，折射率越小；形成 a 图样的光的 波长比形成 b 图样光的波长长，则形成 a 图样的光的折射率比形成 b 图样的光的 折射率小，故 D 错误。 【针对训练】 (2021 建平县实验中学期末)在一次观察光的衍射的实验中，观察 到如图所示的清晰的明暗相间的图样，那么障碍物应是( )
11、 A.很大的透明圆板 B.很大的中间有大圆孔的不透明的圆板 C.很大的不透明的圆板 D.很大的中间有小圆孔的不透明的圆板 答案 D 解析 用光照射很大的透明圆板时，后面出现一片亮斑，观察不到如图所示的清 晰的明暗相间的图样，故 A 错误；很大的中间有大圆孔的不透明挡板时后面是一 亮洞，故 B 错误；很大的不透明圆板时后面是一片阴影，故 C 错误；用光照射很 大的中间有小圆孔的不透明挡板时，后面是明暗相间的衍射图样，故 D 正确。 探究探究 2 光的偏振、激光光的偏振、激光 1.光的偏振 (1)偏振片和透振方向 偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，只有沿着某个特定 方向振动的光
12、波才能顺利通过偏振片，这个方向叫作“透振方向”。 (2)光的偏振现象表明光是横波。 (3)自然光与偏振光的比较 自然光(非偏振光) 偏振光 不 同 点 光的 来源 直接从光源发出的光 自然光通过起偏器后的光 或由某种介质反射或折射 的光 光的 振动 方向 在垂直于光的传播方向的平面内，光 振动沿所有方向，且沿各个方向振动 的光波的强度都相同 在垂直于光的传播方向的 平面内，光振动沿某个特 定方向(与起偏器透振方 向一致) 相同点 不管是自然光还是偏振光，传播方向与振动方向一定垂直 2.激光 自然光 激光 原子的发光方向 及时刻不确定 原子的发光方向及时刻相同 颜色多样 颜色单一 不能发生干涉
13、能发生干涉 非相干光 人工产生的相干光 传播中发散严重 平行度好、传播中几乎不发散 亮度远远小于激光 亮度高 【例 3】 (多选)(2021 馆陶县一中月考)如图所示，A、B 为两偏振片，一束自然 光沿 OO方向射向 A，此时在光屏 C 上，透射光的强度最大，则下列说法中正确 的是( ) A.此时 A、B 的透振方向垂直 B.只有将 B 绕 OO轴顺时针旋转 90 ，屏上透射光的强度才最弱，几乎为零 C.将 A 或 B 绕 OO轴旋转 90 ，屏上透射光的强度最弱，几乎为零 D.将 A 沿顺时针旋转 180 ，屏上透射光的强度最大 答案 CD 解析 光是横波，振动方向和传播方向垂直，要使屏上透
14、射光强度最大，A、B 的偏振方向一定要平行，故 A 错误；只要 A、B 中任意一个旋转 90 ，A、B 的透 振方向垂直，屏上透射光的强度均达到最弱，几乎为零，故 B 错误，C 正确；将 A 沿顺时针旋转 180 时，两偏振片的偏振方向平行，透射光的强度最大，故 D 正 确。 【例 4】 (多选)(2021 中牟县一中月考)关于激光与自然光，下列说法正确的是 ( ) A.激光是只含一种频率的光，而自然光是含有各种色光频率的光，所以激光的相 干性好 B.自然光是由物质的原子发射出来的，而激光是人工产生的，所以激光不是由物 质的原子发射出来的 C.激光和自然光都是横波 D.相干性好是激光的一个特点
15、 答案 CD 解析 激光的频率也有一定的范围，只是频率范围很窄，A 错误；激光是原子受 激辐射发出的光，因此激光也是由物质的原子发射出来的，B 错误；根据光的偏 振现象， 说明所有的光都是横波， C 正确； 相干性好是激光的一个特点， D 正确。 1.(光的衍射)(2021 上海师大附中期末)一个不透光的薄板上有两个靠近的窄缝， 红光透过双缝后，在墙上呈现明暗相间的条纹，若将其中一个窄缝挡住，在墙上 可以观察到( ) A.光源的像 B.一片红光 C.仍有条纹，但宽度发生了变化 D.条纹宽度与原来条纹相同，但亮度减弱 答案 C 解析 双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，
16、若 将其中一个缝挡住，属于单缝衍射，那么单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向 两侧宽度越小越暗，而波长越大，中央亮条纹越粗。故 A、B、D 错误，C 正确。 2.(光的衍射)(2021 湖北黄石二中月考)某同学使用激光器作光源，在不透光的挡 板上开一条缝宽为 0.05 mm 的窄缝，进行光的衍射实验，如图所示，则他在光屏 上看到的条纹是( ) 答案 B 解析 因为衍射条纹与单缝平行，条纹中间宽、两边窄。故 B 正确，A、C、D 错误。 3.(光的偏振)(2021 铜川市一中期末)关于偏振现象，下列说法正确的是( ) A.所有单色光都是偏振光 B.一切光和波都能发生偏振现象 C.偏振现象是横波特有
17、的现象 D.光的振动方向与偏振片的透振方向平行时，光完全不能通过偏振片 答案 C 解析 自然光中的单色光不是偏振光，A 错误；只有横波才能发生偏振现象，纵 波不能发生偏振现象，因此偏振现象是横波特有的现象，B 错误，C 正确；光的 振动方向与偏振片的透振方向垂直时，光完全不能通过偏振片，D 错误。 4.(激光)下列说法中正确的是( ) A.激光是自然光被放大而产生的 B.激光是原子受激辐射而得到的加强光 C.激光的能量一定大于其他光的能量 D.激光的传播速度比普通光大 答案 B 解析 激光是由人工产生的光，它是由于原子受到激发而产生的，它具有平行度 好、相干性强和亮度高的特点，其传播速度仍然是光速，故 B 正确。
